[发明专利]微波热声显微成像系统及方法

说明书

本发明请求保护一种微波热声显微成像系统及方法，属于微波热声成像领域。利用短脉宽微波聚焦辐射待成像生物组织，组织吸收微波能量产生超声波即热声信号，利用点聚焦超声探测器反射式扫描接收热声信号，信号经放大后被数据采集卡采集用于图像重建。接收热声信号过程中，采用短脉宽微波聚焦并使其跟随超声探测器同步移动进行反射式扫描，使得探测点附近的热声信号强而远离探测点范围的热声信号弱从而提高信噪比，使得成像平面微波场均匀分布从而缓解传统热声成像微波场分布不均匀带来的图像对比度恶化，不限制扫描部位。按照本发明成像方法构建的微波热声显微成像系统信噪比高，对比度高，分辨率高，不限制扫描部位，从而实现高成像质量。

技术领域

本发明属于微波热声成像技术领域，涉及一种成像方法及系统，尤其涉及一种微波热声显微成像方法及系统。

背景技术

随着社会的发展和生活水平的提高，国民健康意识逐步提升，对医疗市场的需求不断增长。相比于临床表现和实验室检查，医学影像检查因可提供更加客观或直观的图像证据，在疾病诊断和疗效监测上发挥着越来越重要的作用。因此，医疗影像产业战略布局迅速加强，医学影像市场规模快速扩大。近年来，常规临床影像学检查技术和方法不断创新，相应设备不断改进和完善，新型影像技术和方法也在不断地涌现。现代医学成像设备从最开始的形态学分析向携带人体生理机能的综合分析发展，从原来的单一模态成像向解决某一类图像信息局限性的双模态甚至多模态成像发展，从原来的二维平面断层图像向三维立体影像建模发展，旨在提供高质量图像进而促进实现精准医疗。

作为一种新兴的多物理场混合成像模式，微波热声成像技术结合了微波成像技术的高对比度和深穿透深度，以及超声成像技术的高分辨率的优点，呈现组织介电功能信息的同时可结构性成像，被誉为最有前景的新型医学成像方法之一。二十多年来，得益于微波辐射源和超声硬件的不断发展，微波热声成像技术发展迅速，已被用于乳腺癌检测、脑成像、关节成像、骨成像和肾脏成像等相关应用领域研究，在预临床和临床应用中凸显潜力。

然而，当前的微波热声成像技术相关研究报道的成像分辨率大都被限制在毫米或亚毫米量级，且受传统微波辐射场分布不均匀的影响导致图像对比度恶化。基于微波脉宽、超声探测带宽和热声成像分辨率之间的关系，电子科技大学相关团队提出并搭建了微波热声显微成像系统用于植物叶片水分检测。此系统采用偶极子天线辐射微波和点聚焦超声探测器透射式接收声信号，信号采集过程中天线保持固定而探测器Z字形移动扫描。天线辐射微波同时照射于整个成像目标且垂直照射于探测器导致信噪比较低，天线与探测器之间区域很窄，限制了扫描部位尤其限制了活体成像，且仍存在成像平面场分布不均匀的限制。为克服当前微波热声成像以及热声显微成像的不足，本发明提出基于短脉宽微波聚焦并使其跟随点聚焦超声探测器同步移动的反射式扫描微波热声显微成像方法及系统。

经过检索，申请公开号CN114176554A，一种多脉宽微波激励多尺度热声成像方法及系统，属于微波热声成像领域。利用不同脉宽的微波辐射待成像生物组织，可以激发生物组织产生频谱信息不同的热声信号，该信号可被不同中心频率的超声探测器探测，从而呈现出不同深度及分辨率的热声图像。微波源输出不同脉宽的微波辐射生物组织，使生物组织产生频谱信息不同的热声信号，热声信号被超声探测器探测并被传输到放大器，经放大器放大滤波处理后经数据采集卡采集，最后被传输到计算机，在计算机中对热声信号进行图像重建，还原出多尺度热声图像。多尺度热声成像系统相对传统热声成像系统更加灵活，可重建不同尺度生物组织的图像，达到最佳成像深度与分辨率。该专利多尺度分辨率仍然限制在毫米及亚毫米量级且仍受传统微波辐射场分布不均匀的影响导致图像对比度恶化，而本专利针对传统热声成像分辨率以及场分布不均匀的限制，采用66ns以下的短脉宽微波激励并结合点聚焦超声探测器提高成像分辨率至微米量级，采用聚焦天线结合点聚焦超声探测器同步移动使得成像平面微波场均匀分布从而缓解相关对比度恶化，并同时利用聚焦天线的微波聚焦区结合同中心的点聚焦超声探测聚焦区以提升信噪比。